Linnade kaugseire: spektrisegu lahutamine Landsat TM
satelliitpiltidelt Tartu linna näitel
Tõnis KärdiTartu Ülikool
geograafia instituut
Tõravere, 11. oktoober 2005Teine Eesti Kaugseire Seminar
Sissejuhatus
Sissejuhatus
Sissejuhatus
• Linn kui äärmiselt heterogeenne kaugseire objekt -> segupikslid (mixed pixels) • Lineaarne spektrisegu lahutamine
Joonis 1. Väljalõiked Landsat TM kolmevärvi liitkujutisest (vasemal) ja ortofotost (paremal) samalt alalt Tartu kesklinnas.
Sissejuhatus
Töö peamine eesmärk:• Viia läbi spektrisegu lahutamine kolmest erinevast aastast pärineval Landsati kaadril ja kaardistada taimkatte, vettpidava pinna ja taimkatteta mullapinna paiknemist.
Joonis 1. Väljalõiked Landsat TM kolmevärvi liitkujutisest (vasemal) ja ortofotost (paremal) samalt alalt Tartu kesklinnas.
Sissejuhatus
• Taimkate – vettpidav pind – taimkatteta mullapind (vegetation-impervious surface-soil ehk VIS) mudeli raamistik
• Kasutatud satelliitpildid:– 16. mai 1988, 24. august 1995, 3. mai 2001
• Kasutatud tarkvara:– IDRISI 32 Release Two, Lokaalstatistikud
Spektrisegu lahutamise põhimõtted
• Iga piksel uuritaval pildil on mitmete komponentide (ehk algliikmete) segu:
Piksli heledus i-ndas kanalis
Jääk i-ndaskanalis
k-nda algliikme heledus i-ndas kanalis, mis on korrutatud läbi selle algliikme kaalu (ehk fraktsiooniga) selles pikslis
• Kusjuures:
Spektrisegu lahutamise põhimõtted
• Normaliseerimise protseduur võimaldab vähendada algliikme heleduse erinevusi, kuid samas säilitada nende nn signatuuri kuju:
Spektrisegu lahutamise põhimõtted
Piksli normaliseeritud heledus kanalis b
Piksli algne heledus kanalis b
, kus
Kasutatud kanalite arv
Algliikmete valiku põhimõtted
• Pildialgliikmete leidmine:– Peakomponentide teisendus– Esimesest kolmest peakomponendist
moodustada hajuvusgraafikud– Leida algliikmete umbkaudsed asukohad
hajuvusgraafikutel
Algliikmete valiku põhimõtted
• Pildialgliikmete leidmine:– Arvutada kõikide pildi pikslite väärtused:
• Kolme esimese peakomponendi pildil• Satelliidipiltidelt kõikides kasutatud kanalites
– Filtreerida välja segunemisruumi piksliparve otstes paiknevad pikslid
– Leida nende alusel algliikmete spektraalsed signatuurid
Tulemused
Tulemused
Tulemused
Tulemused
Tulemused
Joonis 4. Taimkatte, vettpidava pinna ja taimkatteta mullapinna fraktsioonipildid (vasakul tulbas)ja neist moodustatud kolmevärvi liitkujutis (ülal).
Tulemused
Joonis 5. Väljalõiked 2002. aasta ortofoto kaadrist Tartu kesklinnas (vasakul) ja lineaarsel spektrisegu lahutamisel saadud taimkatte (roheline), vettpidava pinna (sinine) ja taimkatteta mullapinna (punane) 2001. aasta fraktsioonipiltide kolme värvi liitkujutisest (paremal).
Tulemused• 2 transekti läbi
linna – loode-kagu ja
kirde-edela suunalised transektid ristumiskohaga Raekoja platsil
• Leida neil VIS mudeli osiste väärtused aastatel 1988-2001
Joonis 6. Transektide paiknemine Tartu linnas ja neile jäävate objektide skemaatilised asukohad.
TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
Vettpidavpind
Taimkate
Taimkattetamullapind
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
Raekoja plats
Kirde-edela profiil linnast 1988
01020304050
60708090
100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
Vettpidavpind
Taimkate
Taimkattetamullapind
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
Raekoja plats
Kirde-edela profiil linnast 1988
01020304050
60708090
100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
Loode-kagu profiil linnast 1995
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
Kirde-edela profiil linnast 1995
010
2030
405060
7080
90100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
16. mai 1988
TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
Vettpidavpind
Taimkate
Taimkattetamullapind
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
Raekoja plats
Kirde-edela profiil linnast 1988
01020304050
60708090
100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
Loode-kagu profiil linnast 1995
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
Kirde-edela profiil linnast 1995
010
2030
405060
7080
90100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
Kirde-edela profiil linnast 2001
010
2030
4050
6070
8090
100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
Loode-kagu profiil linnast 2001
01020304050
60708090
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
16. mai 1988
24. august 1995
TulemusedLoode-kagu profiil linnast 1988
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
Vettpidavpind
Taimkate
Taimkattetamullapind
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
Raekoja plats
Kirde-edela profiil linnast 1988
01020304050
60708090
100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
Loode-kagu profiil linnast 1995
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
Kirde-edela profiil linnast 1995
010
2030
405060
7080
90100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
Kirde-edela profiil linnast 2001
010
2030
4050
6070
8090
100
-375
0
-285
0
-195
0
-105
0
-150 750
1650
2550
3450
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
ToomemägiRaadi lennuväli
Raudtee kaubajaam
Loode-kagu profiil linnast 2001
01020304050
60708090
100
-378
0
-288
0
-198
0
-108
0
-180 720
1620
2520
3420
4320
5220
kaugus Raekoja platsist meetrites
%
VettpidavpindTaimkate
Taimkattetamullapind
Raekoja plats
Kaubamajaparkla
IhasteEmajõgiEPMÜdendropark
16. mai 1988
24. august 1995
3. mai 2001
Joonis 7. Taimkatte, vettpidava pinna ja taimkatteta mullapinna fraktsiooniväärtused Tartu linna loode-kagu ja kirde-edela suunal läbivatel transektidel arvutatuna 60-meetrise raadiusega aknas iga 30 meetri tagant.
Tulemused
• Referentsobjektide püsivus ajas– Muutused fraktsiooniväärtustes osaliselt
tingitud sateliitpiltide sobitusveast ja aastaajast
• Sobivushinnang Eesti Põhikaardi järgi– Üldine viga 9%
• Taimkate ja taimkatteta mullapind 6%• Vettpidav pind 15%
Kokkuvõte
• VIS mudel kui kontseptuaalne raamistik linnade uurimiseks keskmise ruumilise lahutusega satelliitpiltidelt
• Spektraalse segu lahutamise meetod VIS mudeli osiste katvuse kindlakstegemiseks pildi pikslis
• Muutused algliikmete fraktsiooniväärtustes ei pruugi olla tingitud tegelikult maakattes toimunud muutustest
Top Related